Forum: Digitale Signalverarbeitung / DSP Identifikation einer hydraulischen Regelstrecke


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von Raphael O. (sodex)


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Hallo liebe Community,

folgendes Problem steht bei mir leider vor der Tür und lässt mich nicht 
vorbei...

Ich habe eine hydraulische Anlage, an welcher nun die einzelnen Gelenke 
mit einem Regler geregelt werden soll. Ich kann nur leider keine 
Sprungantwort ermitteln, da dies mehr als nur gefährlich wäre. Das ganze 
wird mit einem Magnetventil gesteuert 0 - 12V und ich verwende hier für 
eine PWM Klemme welche das ganze "ansteuert".

Meine Frage hierzu ist, wie kann ich diese Regelstrecke ermittelen bzw. 
was muss ich anlegen und zurück messen um daraus eine Regelstrecke 
identifizieren zu können.

Vielen Dank schon einmal im Voraus!

von Olaf Mertens (Gast)


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Raphael O. schrieb:
> folgendes Problem steht bei mir leider vor der Tür und lässt mich nicht
> vorbei...

Raphael O. schrieb:
> ...da dies mehr als nur gefährlich wäre.

Zuerst den Hauptschalter ausschalten, damit du dich gefahrlos dem 
Ungetüm nähern kannst.

von Maxe (Gast)


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Auf was soll denn geregelt werden? Position, Kraft,...?
Was sind die Messgrößen?

von Raphael O. (sodex)


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Wir können Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung messen und 
möchten schlussendlich die Geschwindigkeit regeln

von Ralph (Gast)


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Raphael O. schrieb:
> Wir können Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung messen und
> möchten schlussendlich die Geschwindigkeit regeln

Was für ein System ist es genau?

von Udo S. (urschmitt)


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Raphael O. schrieb:
> an welcher nun die einzelnen Gelenke
> mit einem Regler geregelt werden soll.

Raphael O. schrieb:
> Wir können Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung messen und
> möchten schlussendlich die Geschwindigkeit regeln

Also Winkelgeschwindigkeit?

von Raphael O. (sodex)


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ja

von Raphael O. (sodex)


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Das ganze ist ein Bagger mit einer normalen Hydraulik. Nur das dieser 
nun auf ferngesteuert umgebaut wird und hier für werden Magnetventile 
eingesetzt welche zur Steuerung dienen. Wir wollen hierbei die Zylinder 
Geschwindigkeit regeln (diese wird über spezielle Sensoren 
zurückgemessen).
Die Magnetventile werden mittels PWM angesteuert

von Raphael O. (sodex)


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Udo S. schrieb:
> Raphael O. schrieb:
>> an welcher nun die einzelnen Gelenke
>> mit einem Regler geregelt werden soll.
>
> Raphael O. schrieb:
>> Wir können Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung messen und
>> möchten schlussendlich die Geschwindigkeit regeln
>
> Also Winkelgeschwindigkeit?

Ja genau, dass ganze soll die Winkelgeschwindigkeit regeln

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Ich koennte mir Vorstellen, dass dabei die Regelstrecke einen Integrator 
beinhaltet, wenn ich nach der Position regeln will. D.h. wenn ich z.b. 
meine PWM zur Ventilansteuerung von 0 per Sprung auf z.b. 10% stelle, 
wird der Zylinder wohl nach seinem Anlauf mit gleichbleibender 
Geschwindigkeit aus/einfahren - also ist die Position das Integral ueber 
die Geschwindigkeit. Wenn das Teil eines Gelenks ist, ist der Winkel 
aber nicht mehr linear zur Zylinderposition. Und da gehen die Probleme 
mit nachtraeglich irgendwie linearisieren los, sonst kann die ganze 
uebliche Regelungstechnikrechnerei erstmal nicht direkt angewendet 
werden.

Wenn das mit dem Zylinder so waere und das ganze linear(isiert) waere, 
dann waeren wohl ein einmaliger Rechteck- oder ein Dreieckimpuls ein 
geeignetes Anregungssignal. Dann muss man halt die Antwort des Systems 
drauf entsprechend zurueckrechnen, um auf die (Dirac-)Impulsantwort und 
damit auch den Frequenz/phasengang zu kommen.


Gruss
WK

von Raphael O. (sodex)


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Dergute W. schrieb:
> Moin,
>
> Ich koennte mir Vorstellen, dass dabei die Regelstrecke einen Integrator
> beinhaltet, wenn ich nach der Position regeln will. D.h. wenn ich z.b.
> meine PWM zur Ventilansteuerung von 0 per Sprung auf z.b. 10% stelle,
> wird der Zylinder wohl nach seinem Anlauf mit gleichbleibender
> Geschwindigkeit aus/einfahren - also ist die Position das Integral ueber
> die Geschwindigkeit. Wenn das Teil eines Gelenks ist, ist der Winkel
> aber nicht mehr linear zur Zylinderposition. Und da gehen die Probleme
> mit nachtraeglich irgendwie linearisieren los, sonst kann die ganze
> uebliche Regelungstechnikrechnerei erstmal nicht direkt angewendet
> werden.

Also die Geschwindigkeit des Zylinders ist mir natürlich klar, nach dem 
Anlauf. Die Umrechnung über den Hebel auf die Winkel sind ja nicht all 
zu schwer und habe ich auch schon vorgenommen. Sprich, ich kann auch auf 
die Winkelgeschwindigkeit zurück rechnen.
>
> Wenn das mit dem Zylinder so waere und das ganze linear(isiert) waere,
> dann waeren wohl ein einmaliger Rechteck- oder ein Dreieckimpuls ein
> geeignetes Anregungssignal. Dann muss man halt die Antwort des Systems
> drauf entsprechend zurueckrechnen, um auf die (Dirac-)Impulsantwort und
> damit auch den Frequenz/phasengang zu kommen.
>

Klar, Prinzipiell ist das ja auch kein Problem, nur muss das ganze nicht 
bei voller Aussteuerung geschehen? Das wäre dann ja mechanischer 
"Stress" für die Maschine und bei einigen Tonnen Kampfgewicht auch nicht 
ganz ungefährlich!

LG,
Raphael

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Raphael O. schrieb:
> Klar, Prinzipiell ist das ja auch kein Problem, nur muss das ganze nicht
> bei voller Aussteuerung geschehen?

Tja, das ist halt auch wieder die Frage: Wie linear ist dein System. 
Wenn's linear ist, sollte das auch mit kleinerer Aussteuerung klappen 
(OK, es wird dann evtl. durch Rauschen, andere Stoerungen nicht so 
genau) - wenns nichtlinear ist, dann ist die ganze klassische 
Reglerauslegung eh' erstmal fuern Popo und man muss gucken, ob und wo 
und wie man's linearisieren kann.

Gruss
WK

von Udo S. (urschmitt)


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Ein normaler Hydraulikzylinder ist doch mit sehr guter Näherung rein 
proportional
Durchflussmenge -> Geschwindigkeit der Positionsänderung

Also ein reines I-Glied wenn man auf die Position umrechnet. (Integral 
über die Geschwindigkeit)

Die Winkeländerung ist jetzt über die trigonometrische Funktion gegeben.

Keine Ahnung was man da jetzt noch Identifizieren will

von TestX .. (xaos)


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@TO

was ist denn der Kontext für deine Problemstellung ? Hobby, Beruf oder 
Unilabor ?
Abhängig davon kann dir geholfen werden da davon maßgeblich der 
Lösungsansatz und die benötigte Komplexität abhängt ...

von Arno (Gast)


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Nur als Hinweis: Hydraulik ist nicht linear. Der Zylinder selbst schon 
(Geschwindigkeit ~ Volumenstrom, solange sich die Richtung nicht ändert) 
aber das Servoventil nicht. Dessen Durchfluss hängt nichtlinear von der 
Druckdifferenz ab (die wiederum von der Kraft abhängt, die der Zylinder 
ausübt, und von den Druckverlusten in den Leitungen, die nichtlinear vom 
Volumenstrom abhängen...) und (in der Regel) nichtlinear vom 
Ansteuersignal.

Eine Identifikation der Strecke mit der Annahme, dass schon alles schön 
linear ist, funktioniert daher nur mit Glück.

MfG, Arno

von Detlef _. (detlef_a)


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Nicht so trivial das Ganze: Hydraulik ist nichtlinear und 
Zylinderposition zu Winkel auch, wenn die Winkel größer werden.

Ich glaube, da muss man viel messen, auch mit variablen Schaufellasten. 
'Zu gefährlich' ist da kein Argument, der Bagger darf ja auch nicht 
kaputtgehen wenn der fertige Regler mal spinnt, die ganzen 
Sicherheitsfragen (Endanschläge, Kinematikrestriktionen etc.) müssen ja 
sowieso geklärt und abgefangen sein.

Cheers
Detlef

von M. W. (elektrowagi78) Benutzerseite


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Detlef _. schrieb:
> Nicht so trivial das Ganze: Hydraulik ist nichtlinear und
> Zylinderposition zu Winkel auch, wenn die Winkel größer werden.

Das müsste sich aber auch abbilden und berechnen lassen.

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